專利名稱：一種巨磁致伸縮執(zhí)行器雙永磁補(bǔ)償偏置磁路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巨磁致伸縮執(zhí)行器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種巨磁致伸縮執(zhí)行器雙永磁補(bǔ)償偏置磁路，可用作國防及航空航天等領(lǐng)域的位移精確輸出。
背景技術(shù)：
巨磁致伸縮材料是一種在磁場作用下，可伸長或縮短的新型換能材料，其輸出位移大、輸出力大、響應(yīng)迅速，在航空航天、國防、民用等領(lǐng)域均具有極大的應(yīng)用潛力。由于巨磁致伸縮材料在正負(fù)磁場作用下都會發(fā)生正向的伸縮，故應(yīng)用中一般通過為其提供一個偏置磁場使其工作零點(diǎn)處在線性段的中點(diǎn)。巨磁致伸縮材料執(zhí)行器的偏置磁場可由永久磁鐵或螺線管提供，對于螺線管提供偏置磁場的磁路而言，偏置磁場大小可通過調(diào)節(jié)線圈中的電流而很方便地改變，但由于偏置線圈需要長期通入較大電流，電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)會對巨磁致伸縮材料的磁致伸縮性能產(chǎn)生較大影響，而采用永磁體提供偏置磁場則可以避免這個問題。目前，永磁偏置磁路主要有以下幾種一、在螺線管內(nèi)或外放置永磁筒狀結(jié)構(gòu)，外置不導(dǎo)磁套筒，由于巨磁致伸縮材料的低磁導(dǎo)率，場外漏磁較大；二、對于較短的磁致伸縮棒， 上下兩端放置永磁片，外置導(dǎo)磁套筒，場外漏磁小，但很難獲得均勻磁場分布；三、將長的巨磁致伸縮棒分成幾段，在棒中間內(nèi)置永磁，外置導(dǎo)磁套筒，這樣能有效降低場外漏磁，但棒中的磁場同樣難以均勻分布。而是否能使得巨磁致伸縮棒中磁場分布均勻，場外漏磁小是衡量巨磁致伸縮執(zhí)行器磁路設(shè)計(jì)優(yōu)劣的關(guān)鍵，也是其走向小型化、高效率、高性能設(shè)計(jì)的根本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供磁場均勻性好，場外漏磁小的巨磁致伸縮執(zhí)行器永磁偏置磁路。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案為一種巨磁致伸縮執(zhí)行器雙永磁補(bǔ)償偏置磁路，其由軟磁套筒、永磁片、筒狀永磁體、巨磁致伸縮材料棒、不導(dǎo)磁套筒、線圈骨架、導(dǎo)磁柱、導(dǎo)磁片、磁軛和線圈組成，其中，永磁片位于巨磁致伸縮材料(簡稱GMM)棒的兩端，并在兩者之間放置導(dǎo)磁片，筒狀永磁體與巨磁致伸縮材料棒直接接觸，并位于巨磁致伸縮材料棒的中部，筒狀永磁體兩端放置相同半徑的不導(dǎo)磁套筒用來固定；線圈骨架位于筒狀永磁體的外部，線圈骨架的兩端則直接與磁軛和軟磁套筒接觸，線圈骨架外面繞制線圈，軟磁套筒位于磁路的最外部，并與磁軛通過螺紋連接從而固定了整個磁路結(jié)構(gòu)，永磁片、筒狀永磁體分別與巨磁致伸縮材料棒、導(dǎo)磁柱、軟磁套筒、導(dǎo)磁片、磁軛構(gòu)成偏置磁路，線圈則與巨磁致伸縮材料棒、導(dǎo)磁柱、軟磁套筒、導(dǎo)磁片、磁軛構(gòu)成激勵磁路。進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)磁柱、導(dǎo)磁片和軟磁套筒用磁導(dǎo)率較高的材料制成，為電工純鐵、坡莫合金、各種碳鋼、合金鋼等磁性材料中的一種。進(jìn)一步的，永磁片和筒狀永磁體采用稀土永磁材料、鋁鎳鈷永磁材料或者鐵氧體永磁材料制成。
進(jìn)一步的，不導(dǎo)磁套筒采用不導(dǎo)磁不銹鋼或硬鋁或其它不導(dǎo)磁材料制成，線圈骨架采用硬鋁或者聚四氟乙烯制成。進(jìn)一步的，永磁片和筒狀永磁體極性相反，永磁片為圓柱狀，筒狀永磁體為圓筒狀，均沿著巨磁致伸縮材料棒的軸向進(jìn)行充磁。上述技術(shù)方案的原理是永磁片、導(dǎo)磁柱、GMM棒、氣隙、導(dǎo)磁片、磁軛、軟磁材料套筒構(gòu)成了磁回路，用來給GMM棒中提供永磁偏置磁場，在GMM棒的兩端放置兩片永磁片提供縱向磁場，并在棒與永磁片之間加入導(dǎo)磁材料，降低氣隙磁路，使更多的磁通導(dǎo)入GMM棒中；采用磁軛和軟磁套筒形成閉合磁路進(jìn)行磁屏蔽，有效減小漏磁。由于GMM棒的磁導(dǎo)率較低，在兩邊加入永磁片后，GMM棒中的偏置磁場分布為“兩邊高，中間低”的趨勢。為了改善磁場分布均勻性，在棒的中間區(qū)域加入與永磁片極性相反的筒狀永磁體套筒進(jìn)行補(bǔ)償， 筒狀永磁體與GMM棒、導(dǎo)磁柱、軟磁套筒、導(dǎo)磁片、磁軛構(gòu)成第二磁回路，如圖1所示，這樣一部分磁通只通過GMM棒的中間形成回路，一部分磁通經(jīng)過GMM棒的兩端和軟磁套筒形成回路，一方面提高中間部分的磁場強(qiáng)度，另一方面降低棒的兩端部分的磁場強(qiáng)度，從而使整個棒的偏置磁場的強(qiáng)度分布趨于均勻。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明采用內(nèi)置永磁外置軟磁套筒的閉合磁路結(jié)構(gòu)，為磁致伸縮棒提供偏置磁場；利用極性相反的雙永磁補(bǔ)償原理，雙永磁片提供軸向分布磁場，增設(shè)極性相反的筒狀永磁體，對中心部分弱磁場正補(bǔ)償?shù)耐瑫r，對端部的強(qiáng)磁場進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償，極大改善了 GMM棒中偏置磁場分布的均勻性。此雙磁體雙補(bǔ)償磁路實(shí)現(xiàn)了 GMM 棒中磁場分布均勻性好和場外漏磁小的雙重效果。


圖1為本發(fā)明的巨磁致伸縮執(zhí)行器雙永磁補(bǔ)償偏置磁路結(jié)構(gòu)簡圖；圖2為本發(fā)明的巨磁致伸縮執(zhí)行器雙永磁補(bǔ)償偏置磁力線分布圖。圖中，1為軟磁套筒、2為永磁片、3為筒狀永磁體、4為巨磁致伸縮材料棒，即GMM 棒、5為不導(dǎo)磁套筒、6為線圈骨架、7為線圈、8導(dǎo)磁柱、9為導(dǎo)磁片、10為磁軛。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。方式一如圖1所示本發(fā)明的由軟磁套筒1、永磁片2、筒狀永磁體3、巨磁致伸縮材料棒4、不導(dǎo)磁套筒5、線圈骨架6、線圈7、導(dǎo)磁柱8、導(dǎo)磁片9、磁軛10組成，永磁片2和筒狀的永磁體3極性相反，永磁片2位于巨磁致伸縮材料棒4的兩端，永磁片2和筒狀永磁體3分別與GMM棒4構(gòu)成了磁回路，筒狀永磁體3與GMM棒4直接接觸，因此其內(nèi)徑應(yīng)稍大于GMM棒4的外徑。不導(dǎo)磁套筒5位于磁軛10和筒狀永磁3之間，用來固定筒狀永磁體3。 永磁片2、筒狀永磁體3分別與GMM棒4、導(dǎo)磁柱8、軟磁套筒1、導(dǎo)磁片9、磁軛10成偏置磁路，線圈7則與GMM棒4、導(dǎo)磁柱8、軟磁套筒1、導(dǎo)磁片9、磁軛10構(gòu)成激勵磁路。如圖2所示為巨磁致伸縮執(zhí)行器一半磁路結(jié)構(gòu)的有限元磁場分析，該磁路在巨磁致伸縮棒中的磁場不均勻度為3. 51%，場外7cm處漏磁為0. 20e。方式二 對于長度較長的GMM棒，可將棒分成幾部分，在各部分之間放置柱狀永磁片和導(dǎo)磁片，在各段棒中部外側(cè)環(huán)繞放置尺寸合適的筒狀永磁體，即按照方式一進(jìn)行分段補(bǔ)償，多段導(dǎo)磁柱、永磁片、導(dǎo)磁片、筒狀永磁體、各部分GMM棒與軟磁套筒共同構(gòu)成GMM棒中磁場均勻分布的閉合偏置磁路。上述本發(fā)明所用的導(dǎo)磁柱和軟磁套筒1用磁導(dǎo)率較高的材料制成，如電工純鐵、 坡莫合金、各種碳鋼、合金鋼等材料，永磁片2和筒狀永磁體3極性相反，均沿GMM棒4的軸向，不導(dǎo)磁套5筒用磁導(dǎo)率較低的不銹鋼制成，線圈骨架6用磁導(dǎo)率較低的硬鋁或者聚四氟乙烯制成，線圈則由銅制的漆包線繞制而成。本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種巨磁致伸縮執(zhí)行器雙永磁補(bǔ)償偏置磁路，其由軟磁套筒(1)、永磁片O)、筒狀永磁體(3)、巨磁致伸縮材料棒G)、不導(dǎo)磁套筒(5)、線圈骨架(6)、線圈(7)、導(dǎo)磁柱(8)、 導(dǎo)磁片(9)和磁軛(10)組成，其特征在于永磁片⑵位于巨磁致伸縮材料棒⑷的兩端， 并在兩者之間放置導(dǎo)磁片(9)，筒狀永磁體(3)與巨磁致伸縮材料棒(4)直接接觸，并位于巨磁致伸縮材料棒的中部，筒狀永磁體C3)兩端放置相同半徑的不導(dǎo)磁套筒( 用來固定；線圈骨架(6)位于筒狀永磁體(3)的外部，線圈骨架的兩端則分別直接與軟磁套筒 (1)和磁軛(10)接觸，線圈骨架(6)外面繞制線圈(7)，軟磁套筒(1)位于磁路的最外部， 并與磁軛(10)通過螺紋連接而固定了整個磁路結(jié)構(gòu)，永磁片O)、筒狀永磁體(3)分別與巨磁致伸縮材料棒G)、軟磁套筒(1)、導(dǎo)磁柱(8)、導(dǎo)磁片(9)、磁軛(10)構(gòu)成偏置磁路，線圈(7)則與巨磁致伸縮材料棒G)、軟磁套筒(1)、導(dǎo)磁柱(8)、導(dǎo)磁片(9)、磁軛(10)構(gòu)成激勵磁路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巨磁致伸縮執(zhí)行器雙永磁補(bǔ)償偏置磁路，其特征在于 所述的導(dǎo)磁柱(8)和軟磁套筒(1)用磁導(dǎo)率較高的材料制成，為電工純鐵或坡莫合金或碳鋼或合金鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巨磁致伸縮執(zhí)行器雙永磁補(bǔ)償偏置磁路，其特征在于 永磁片( 和筒狀永磁體( 采用稀土永磁材料、鋁鎳鈷永磁材料或者鐵氧體永磁材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巨磁致伸縮執(zhí)行器雙永磁補(bǔ)償偏置磁路，其特征在于 不導(dǎo)磁套筒(5)采用不導(dǎo)磁不銹鋼、硬鋁或其它不導(dǎo)磁材料制成，線圈骨架(6)采用硬鋁或者聚四氟乙烯制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巨磁致伸縮執(zhí)行器雙永磁補(bǔ)償偏置磁路，其特征在于 永磁片( 和筒狀永磁體C3)極性相反，永磁片( 為圓柱狀，筒狀永磁體C3)為圓筒狀， 均沿著巨磁致伸縮材料棒的軸向進(jìn)行充磁。
全文摘要
本發(fā)明提供一種巨磁致伸縮執(zhí)行器雙永磁補(bǔ)償偏置磁路，其由軟磁套筒、永磁片、筒狀永磁體、巨磁致伸縮材料棒、不導(dǎo)磁套筒、線圈骨架、導(dǎo)磁柱、導(dǎo)磁片、磁軛和線圈組成，永磁片和筒狀永磁體極性相反，永磁片位于巨磁致伸縮材料(簡稱GMM)棒的兩端，GMM棒和永磁之間放置導(dǎo)磁片，筒狀永磁體環(huán)繞于GMM棒的中部，在筒狀永磁體的兩端放置不導(dǎo)磁套筒用來固定位置，外面放置線圈，軟磁套筒位于線圈的外面。本發(fā)明內(nèi)置永磁外置軟磁套筒的閉合磁路結(jié)構(gòu)，利用極性相反的雙永磁補(bǔ)償原理，對中心部分弱磁場正補(bǔ)償?shù)耐瑫r對端部的強(qiáng)磁場進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償，極大改善了GMM棒中偏置磁場分布的均勻性。本發(fā)明的雙磁體雙補(bǔ)償磁路實(shí)現(xiàn)了磁場分布均勻性好和場外漏磁小的雙重效果。
文檔編號H02N2/00GK102377363SQ201110318129
公開日2012年3月14日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者張?zhí)禧? 張恒, 徐惠彬, 楊遠(yuǎn)飛, 蔣成保 申請人:北京航空航天大學(xué)